自动盘车测量及辅助调整系统在盖孜水电站的应用研究

安 刚，张宇飞，李 辉，白 亮

（1.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.西安拓锐电气技术有限公司，陕西 西安 710075；3.西安理工大学，陕西 西安 710048）

自动盘车测量及辅助调整系统在盖孜水电站的应用研究

安 刚1，张宇飞2，李 辉3，白 亮3

（1.新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.西安拓锐电气技术有限公司，陕西 西安 710075；3.西安理工大学，陕西 西安 710048）

针对传统水电厂盘车测量及人工判断调整的缺陷，提出一种能够满足自动、连续测量、智能生成盘车轴线及调整方法的自动盘车测量及辅助调整系统。详细论述了该系统的结构以及关键实现技术，通过在新疆盖孜水电站2号机组上的盘车试验，证明该系统适应于悬式机组盘车过程，并具有智能化、轻量化、部署方便等特点，适合水电厂精确化检修应用。

盘车测量；辅助调整；水电机组；精确检修

0 引言

机组盘车是水电站安装与检修的重要环节，盘车完成的质量直接影响到机组今后运行效果。国内水电站盘车一直沿用传统的盘车方法。随着近年来大型机组的投运，自动化盘车装置系统[1]大量应用于机组检修，但这些系统的应用大多是如何解决非人力转动问题，如何准确测量和定位一直以来没有根本的解决，同时传统盘车耗时长、停点不准、技术人员水平与现场经验差异一直是影响盘车最终结果的重要原因。

新疆电站发电引水多为冰川融水，泥沙含量较大，电厂机组运行条件较差，使得机组大修间隔时间缩短，盘车次数增加。同时由于地域上的限制，检修技术人员专业素质不够，能够精确掌握盘车人员较少，所以机组检修过程中更需要专业智能化工具来协助检修人员完成大修工作。

近年来，国内水电站针对盘车过程提出了一些方法和手段，用以提高盘车的准确与适用性，文献[2]采用非线性函数拟合方法进行盘车数据处理,提出了一种综合考虑法兰处摆度和水导处摆度的刮垫厚度和最大摆度方位计算方法,并开发了相应的盘车数据处理工具软件。但该系统目前仅仅是进行数据模拟及拟合，对于整体盘车过程调整缺乏必要的指导性意见。同时在实际盘车中很少能够得到类似函数的曲线。文献[3]提出了采用excel规划求解，通过坐标分解对三导水轮发电机组盘车数据进行优化处理的思想，并探讨了机组轴线的综合调整方法,推导了盘车方位调整和加垫量的计算公式。根据盘车时实际问题的分析，有效地解决了传统水轮发电机组盘车计算无法准确综合判断机组轴线是否满足摆度精度要求的问题，同时可以准确给出最佳调整方位及调整量等，其缺点是过于复杂，仅适合理想机组盘车，未考虑盘车所出现的数据复杂性。

本文针对上述系统的不足和新疆特殊的现场情况开发出一种自动盘车测量与辅助调整系统。该系统具备自动化测量与自动调整方案生成，在盘车过程中无需人员参与记数，同时在盘车中采用了不停点测量方法，解决了机组启停过程中由于力矩突变造成的测量误差。该方法不改变盘车基本工艺要求，还避免了人为误差因素对盘车结果的影响，同时提高了测量精度，在新疆盖孜水电站进行了应用收到了良好的效果，并具有极高的推广价值。

1 系统结构

自动盘车测量调整系统主要解决轴线测量问题。轴线测量问题主要是调整盘车，测出有关部位的摆度值，借此来分析轴线产生摆度的原因、大小和方向。并通过刮削调整有关组合面的方法，使镜板与轴线、法兰组合面与轴线的不垂直得以纠正，使其摆度符合国标要求。

传感器系统（见图1）是电涡流传感器，也叫电感式接近传感器。它是利用导电物体在接近电磁场产生内部涡流原理，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通断。其传感器探头由小型线圈和控制器产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，同时产生反向电磁场。这时电涡流传感器根据反向电磁场强度来判断与被测体之间的距离。电涡流传感器主要用于替代传统盘车中的百分表，配置见表1。

图1 系统结构

表1 传感器配置

（2）数据采集系统

数据采集系统采用8通道数据同步采样系统，保证被测部位数据同步，采样精度为16位AD采样。同时使用差分输入方式减少干扰信号对采集系统的干扰，采集系统通过软件定时采样，采样频率为512 Hz，保证了实时性和CPU采样的准确性。数据采集系统由放大器、滤波器、多路模拟开关、采样/保持电路、A/D转换器以及接口控制逻辑电路的数据采集卡等组成（见图2）。

图2 数据采集系统框图

（3）数据分析与处理平台

数据分析与处理平台安装在现场笔记本中，是整个系统的核心。该平台主要实现数据采集、数据处理、结果计算、报表输出，同时可以配置单盘、连盘、手动与自动盘车。

（4）系统工作流程

首先将传感器通过磁力表座布置在指定的部位，一般间距控制在与大轴表面1.5 mm处。然后在X和Y两个方向推轴检查各个传感器数值是否发生变化，如果没有明显变化，说明水轮机下迷宫环间距不够，需要进行调整。顺时针转动机组1圈后停止，系统进行自动采集。一般来说盘车涉及了上导、下导、水导测点，必须保证同步采样；另外在机组转动时，应保证实时的显示，使观察具有连续性。本系统采样采用DMA传输方式，由采样系统直接读写计算机的内存。同时由于现场存在着干扰，对于采集后的数据应进行滤波处理。当机组转动一周后便可以得到8点的数据，同时根据盘车计算方法得出的数据和国家标准进行对比，检查本次盘车是否需要调整，将调整的结果输出给用户，用于指导调整。工作流程见图3。

图3 系统工作流程图

2 自动化盘车与辅助调整系统应用前期工作

2.1 机组盘车条件

1）在上导轴颈及法兰盘（或者下导）处沿着圆周划8等分线，上下各个部位的等分线应在同一方向上（机组旋转方向的反方向，即逆时针方向），并顺次标好对应标号。

2）调整推力瓦受力，使镜板处于水平状态，推力瓦面应加纯净的润滑油作为润滑剂。

3）安装推力头附近的导轴瓦（悬吊型为上导，伞形为下导），借以控制轴向径向位移，瓦面涂抹猪油，瓦背面支柱螺钉用扳手轻轻拧紧，使瓦与轴的间隙为0.05 mm。

4）清除转动部件上的杂物，检查各个转动与固定部件缝隙处，应绝对无异物、卡阻和乱碰现象。

5）在导轴承和法兰处，在X和Y方向各安装2只传感器作为上下两个部件测量摆度值及相互校核用，传感器应贴近被测部件，可用塞尺保证距离为1.5 mm左右（4 mm摆度传感器），如果使用2 mm摆度传感器，保证距离为1 mm左右。

6）在法兰盘处推动主轴，应看到传感器摆度变化，证明主轴处于自由状态。

2.2 盘车传感器布置

要进行全自动盘车需要安装角度传感器，角度传感器为摆度传感器，安装在上导X方向传感器上部，并在机组划分好的8个角度上安装键相块，角度传感器距离键相块小于1.5 mm。见图4。

图4 传感器布置

2.3 传感器准备条件

将系统配备的电涡流传感器使用磁力表座固定在大轴的盘车测量部位。一般在安装水轮机大轴的上导、下导、水导轴颈处，X方向和Y方向各部署1只。

传感器部署好以后，将传感器电缆绑扎好，连接好传感器的前置器，并在传感器上按照接线说明连接好配置的航空插头。

2.4 传感器率定

由于传感器探头与前置器匹配的问题，系统在使用传感器前，要进行率定。率定的方法为给出测量被测物体距离，并测量所得到的电压值，连续测量5～6组得到样本散点，通过多项式拟合方法得到传感器的K，B值，将得到的K，B值配置到采集系统中。

3 新疆盖孜水电站智能盘车应用实例

（1）电厂及盘车参数简介

盖孜水电站位于新疆维吾尔自治区克州阿克陶县境内，是盖孜河中游河段梯级电站中的第二级水电站，电站总装机容量116 MW，引水式开发，地面厂房，装设3台单机容量为38.7MW、额定水头347m的混流式立轴水轮发电机组。盘车参数见表2。

表2 盖孜电站机组盘车参数

（2）第一次盘车数据与调整第一次盘车数据见表3。

表3 第一次盘车数据

系统自动给出了轴线情况和调整方案如图5和图6所示

图5 轴线情况

图6 调整方位与大小

根据图6所示法兰高点在6点方向，且5点7点与6点方向大小一致，所以决定在5,6,7点直铺0.1 mm的铜垫即可完成机组盘车。

（3）第二次盘车数据与调整

盘车数据如表4所示。

表4 第二次盘车数据

图7 机组轴线情况

系统自动给出了轴线情况如图7所示。

根据轴线与数据情况，机组盘车基本达到国家标准，不需要进行再次盘车，盘车结束。

4 应用结论

本试验通过对盖孜2号机组盘车的实际操作验证了系统的适用性，并可迅速准确的得到盘车数据，有针对性的提供机组盘车调整方案。极大的减少了盘车带来的工作量，提高工作效率，通过轴线姿态的数据绘图可以清楚的知道盘车调整方向，并能使用模拟仿真盘车来预估盘车结果，这对盘车调整决策是一个非常有用的方法，通过实验盘车得出以下结论：

（1）传统盘车测量主要通过架百分表进行测量，用百分表测量主要有两个缺点：a）百分表伸缩依靠金属弹簧，而金属弹簧由于多年的使用可能造成弹簧弹性系数变化，造成测量的不准确，b）盘车中百分表测量大轴摆度通过点接触，这个点由于机组每次停靠位置，以及大轴本身加工面不一造成盘车时测量同一位置测量数据不一致。使用电涡流传感器并通过数据采集系统可以有效的解决该问题，由于电涡流本身测量是通过磁场感应，并在测量前进行了率定，这样测量就不是一个点接触，而是一个探头测量面的距离，另外系统采集时是通过定时密集采集，按照滤波方式取得的连续测量面的平均值，这样是符合测量盘车原理的。

（2）传统盘车由于采用8点测量方式，同时采用百分表测量，这就要求机组在测量周期内必须一点一停，以便人工读取并记录数据，这样在下一次机组转动的时候需要加更大的冲击力矩才能使机组开始转动，这种冲击力矩在人工手推的情况下对机组瞬间位移影响较小，如果大型机组在人工不能推动的情况下，必须采取机械绞盘、天车或电动盘车时，此时冲击力矩会较大，足以产生瞬间的机组位移导致机组盘车测量的误差。系统采用了自动测量，在机组大轴上标记了8键相块，这样机组在盘车测量过程中不需要每点一停，当机组转动通过键相块时，系统会自动采集并记录数据，避免了以上问题。

（3）在盘车后的结论中，我们通过盘车相似三角形原理，得出在推力头、法兰需磨削和加垫的方位和大小。在现场使用过程中发现此方法虽然计算准确，但无法将水轮发电机组盘至一条直线的效果，尤其到盘车后期调整幅度不大的情况下，可能会出现调整过头的情况。结合盘车的国家标准，我们认为水轮机的盘车并不必须调整为一条直线，只要求将水轮机轴和发电机轴调整到国标允许范围之内，这样对于盘车调整的决策就不是将两轴进行同心处理，而是可以有一定的弯折，通过在软件上的拖拉的方式将水轮机轴和发电机轴拉至国家标准，同时系统可以自动输出调整的方位和幅度，这样可以减少不必要的盲目调整。

（4）通常情况下，机组盘车需要一定的条件，尤其对推力瓦水平要求很高，该系统在盘车过程中也能通过测量计算全摆度发现推力瓦不水平的情况，这在盘车试验中得到了验证。

5 结束语

我国对水电机组自动盘车测量与辅助调整系统的研究开发工作尚处于不断创新和发展的阶段，该系统提高了机组检修和安装效率，缩短检修安装工期，使水电站的管理与运行向更高的自动化程度迈进了一步。

[1]范建立，林玉胜.水轮发电机组电动盘车装置设计、调试与应用[J].设备管理与维修，2014（07）.

[2]谢建国，方仲超，程远楚，等.水轮发电机组盘车数据处理及软件开发[J].水电站机电技术，2016，39（2）：4-7.

[3]李德明.悬式水轮发电机组盘车计算机辅助分析[J].魅力中国，2014（20）：258.

TV734

B

1672-5387（2017）01-0058-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.018

2016-06-23

国家自然科学基金项目（51209172）；陕西省教育厅专项科研计划项目（2010JK730）。

安 刚（1975-），男，高级工程师，从事水电站水力机械设计工作。